氨基酸代谢

氨 基 酸 代 谢Metabolism of Amino Acids,第 七 章,一、蛋白质的生理功能,2.蛋白质是生命的物质基础,第一节 蛋白质的营养作用,1. 维持细胞、组织的生长、更新和修补,催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。,3. 氧化供能 人体每日18%能量由蛋白质提供。,二、蛋白质的需要量,氮的总平衡 摄入氮=排出氮 正常成人等氮的正平衡 摄入氮排出氮 儿童、孕妇等氮的负平衡 摄入氮排出氮 饥饿、消耗性疾病患者等,*氮平衡摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。,蛋白质的生理需要量,成人每日最低分解20g蛋白质成人每日最低需要30-50g 蛋白质营养学会推荐成人每日最低 需要80g蛋白质,蛋白质的营养价值,蛋白质的营养价值 ：取决于蛋白质所含必需氨基酸的种类、数量。蛋白质的互补作用 营养价值较低的蛋白质混合食用，必需氨基酸可以互相补充，从而提高营养价值，称为蛋白质的互补作用。,*必需氨基酸 ： 体内需要但不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸。包括8种：,非必需氨基酸 精氨酸、组氨酸，人体能合成，但量少，长期缺乏,导致负氮平衡。,甲色赖缬异亮苯苏假设来写一两本书,甲硫氨酸（Met）色氨酸（Trp）赖氨酸（Lys）缬氨酸（Val）异亮氨酸（Ile）亮氨酸（Leu）苯丙氨酸（Phe）苏氨酸（Thr,异甲 缬亮色苯苏赖一佳人携两三本书来,缬异亮苯蛋色苏赖借一两本淡色书来,第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败,Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins,一、 蛋白质的消化,蛋白质消化的生理意义,由大分子转变为小分子， 便于吸收。消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。,消化过程,（一）胃中的消化作用,胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。,（二）小肠中的消化小肠是蛋白质消化的主要部位。,内肽酶(endopeptidase)水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。,外肽酶(exopeptidase)自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。,肠液中酶原的激活,可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。酶原还可视为酶的贮存形式。,酶原激活的意义,氨基酸 +,蛋白水解酶作用示意图,2. 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。,（一）氨基酸吸收载体,载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞，并水解ATP供能。,载体类型,中性氨基酸载体碱性氨基酸载体酸性氨基酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体,（二）-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用,-谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过程：,谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽的再生,半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly),细胞外,-谷 氨酰 基转 移酶,细胞膜,谷胱甘肽 GSH,细胞内,-谷氨酰基循环过程,氨基酸,-谷氨酰氨基酸,利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系此种转运也是耗能的主动吸收过程吸收作用在小肠近端较强,（三）肽的吸收,三、*蛋白质的腐败作用,定义：在消化过程中，有一小部分蛋白质不被消化，也有一部分消化产物不被吸收。肠道细菌对这部分蛋白质及其消化产物所起的分解作用，称为蛋白质的腐败作用。,产物：胺类、氨及其它有害物质（如苯酚、吲哚、硫化氢等），也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。,胺类的生成,蛋白质 肠道细菌水解氨基酸 脱羧基 胺类,假神经递质,酪氨酸 酪胺苯丙氨酸 苯乙胺赖氨酸 尸胺,组氨酸 组胺,肠道中的氨主要有两个来源：,未被吸收的氨基酸在肠菌作用下脱氨基而生成,血液中尿素渗入肠道，由肠菌尿素酶水解而生成氨,氨的吸收部位主要在结肠。氨的吸收与肠道pH有关。,NH3+H+ NH4+,pH6,pH6,这是酸性灌肠的依据,第三节氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acids,*氨基酸代谢库(metabolic pool),食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库。,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,二、*氨基酸的脱氨基作用,转氨基作用 氧化脱氨基作用 联合脱氨基作用氨基酸氧化酶的作用,*转氨酶与转氨基作用,转氨基作用：在转氨酶的催化下， 某一 氨基酸的-氨基转移到另一种-酮酸的酮基 上，生成相应的氨基酸；原来的氨基酸则转变成-酮酸。,（一）转氨基作用,谷丙转氨酶（glutamic pyruvic transaminase, ALT，又称GPT)谷草转氨酶（glutamic oxaloacetic transminase, AST，又称GOT ）,*转氨基作用特点,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛转氨酶催化的反应没有游离氨的释放转氨酶催化反应是可逆反应合成非必需氨基酸氨基的受体：丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸脯氨酸、赖氨酸为例外,吡哆醛：R= -CHO吡哆胺：R= -CH2NH2吡哆醇：R= -CH2OH,磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺,生化作用：转氨酶的辅酶，起递氨基作用,391页,5,5,VB,6,转氨酶,正常人各组织GOT(AST) 及GPT(ALT) 活性 (单位/克湿组织),血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。,（二）氧化脱氨基作用,L-谷氨酸脱氢酶：肝、肾、脑组织广泛存在，是一种不需氧脱氢酶。,L-谷氨酸氧化脱氨基作用,亚谷氨酸,（三）联合脱氨基作用,两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生成-酮酸的过程。,2. 类型, 转氨基作用偶联氧化脱氨基作用,1. 定义, 转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环,*是体内氨基酸脱氨基的主要方式。,*转氨基作用偶联谷氨酸氧化脱氨的途径,主要在肝、肾等组织内进行。联合脱氨基作用的主要反应途径。体内合成非必需氨基酸的主要途径 。,嘌呤核苷酸循环,主要在骨骼肌、心肌内进行。因为肌肉中L-谷氨酸脱氢酶活性不高。,二、-酮酸代谢,三个方面的代谢途径：,经氨基化生成非必需氨基酸转变成糖和脂类氧化供能,第四节 氨的代谢,体内氨的来源与去路 氨的转运 尿素的生成,一、*体内氨的来源与去路,肾脏产氨：Gln Glu + NH3,氨的来源：,肠道吸收的氨 未被吸收的氨基酸在肠菌作用下脱氨基而生成。 血液中尿素渗入肠道，由肠菌尿素酶水解生成氨。,胺氧化酶,谷氨酰胺酶,2. 血氨的去路, 在肝内合成尿素，这是最主要的去路, 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物, 合成谷氨酰胺, 肾小管泌氨,分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。,二、氨的转运,丙氨酸-葡萄糖循环谷氨酰胺的运氨作用,氨在血液中主要以两种形式运输：,丙氨酸,葡萄糖,肌肉蛋白质,氨基酸,NH3,谷氨酸,-酮戊 二酸,丙酮酸,糖酵解途径,肌肉,丙氨酸,血液,丙氨酸,葡萄糖,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,NH3,尿素,尿素循环,糖异生,肝,丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle),葡萄糖,2. 谷氨酰胺的运氨作用,反应过程,在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。,三、尿素的生成,尿素合成的鸟氨酸循环学说 尿素合成的反应高血氨和氨中毒,主要器官：肝脏反应部位：肝细胞线粒体及胞液,2NH3 + CO2 H2N-C-NH2 + H2O,O,鸟氨酸循环,（一）尿素合成的鸟氨酸循环学说,1932年Hanks Krebs及其同事提出了鸟氨 酸循环学说,（二）尿素合成的反应,1. 氨基甲酰磷酸的合成2. 瓜氨酸的合成3. 精氨酸的合成4. 精氨酸水解生成尿素,分为以下四步：,鸟氨酸循环,线粒体,胞 液,精氨酸代琥珀酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶,*要点,部位： 肝细胞线粒体、胞液 原料：NH3 、 CO2、 ATP、 天冬氨酸 2个氮原子，1个来自氨，1个来自天冬氨酸 涉及的氨基酸及其衍生物： 6种 鸟氨酸、精氨酸、瓜氨酸、天冬氨酸、 精氨酸代琥珀酸、N-乙酰谷氨酸 限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶 耗能：4个ATP；与三羧酸循环的联系物质：延胡索酸,*意义,解除氨毒以保持血氨的低浓度水平,（三）*高血氨与氨中毒,高血氨症：肝功能严重损伤，尿素合成障碍肝昏迷：降血氨的常用方法：给予谷氨酸、精氨酸；肠道抑菌药；酸性盐水灌肠；限制蛋白质进食量。,TAC ,脑供能不足,脑内 -酮戊二酸,氨中毒的可能机制,(脑),第五节 个别氨基酸的代谢,氨基酸的脱羧基作用一碳单位的代谢含硫氨基酸的代谢芳香族氨基酸的代谢支链氨基酸的代谢,一、氨基酸脱羧基作用,脱羧基作用(decarboxylation),（一） -氨基丁酸（ -aminobutyric acid, GABA）,功能：抑制性神经递质,VB6,（二）牛磺酸（taurine） p201,功能：结合胆汁酸的组成成分,（三）组胺（histamine）,功能：平滑肌收缩，毛细血管扩张，与过敏反应有关。还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。,存在于肥大细胞,（四）五-羟色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）,功能：抑制性神经递质；缩血管作用,（五） *多胺polyamines,腐胺、 精脒、精胺功能：调节细胞生长 的重要物质在生长旺盛的组织其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性较强。,二、*一碳单位的代谢,定义：某些氨基酸在分解代谢过程中可以产生含有一个碳原子的基团，称为一碳单位（one carbon unit） 体内的一碳单位：甲基（CH3）、甲烯基（CH2）、甲炔基（CH=）、甲酰基（CHO）、亚胺甲基（CH=NH） CO2不是一碳单位 一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸结合,叶酸,*四氢叶酸是一碳单位的载体一碳单位通常结合在四氢叶酸分子的N5、N10上,（一）一碳单位与四氢叶酸,442页,叶酸,生化作用：FH4是一碳单位转移酶的辅酶，起着传递“一碳”单位的作用,N5 CH =NH FH4,N5 ，N10 = CH FH4,N10 CHO FH4,一碳单位主要来源于氨基酸代谢,（三）一碳单位与氨基酸代谢,（四）一碳单位的互相转变,N10CHOFH4,N5, N10=CHFH4,N5, N10CH2FH4,N5CH3FH4,N5CH=NHFH4,H+,H2O,NADPH+H+,NADP+,NADH+H+,NAD+,NH3,甲硫氨酸循环,（四）一碳单位的生理功能,合成嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的原料。一碳单位代谢将氨基酸代谢与核苷酸代谢联系起来叶酸缺乏，产生巨幼红细胞性贫血。,三、含硫氨基酸的代谢,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,（一）甲硫氨酸的代谢,1. 甲硫氨酸与转甲基作用,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S腺苷甲硫氨酸(SAM),甲基转移酶,RH,RHCH3,腺苷,SAM,S腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,*SAM中的甲基是高度活化的，称活性甲基，SAM称为活性甲硫氨酸，为体内甲基的直接供体，可参与体内多种物质合成；例如肌酸、肾上腺素、胆碱等。,2. 甲硫氨酸循环(methionine cycle),甲硫氨酸,S-腺苷同型 半胱氨酸,S-腺苷甲硫氨酸,同型半胱氨酸,FH4,N5CH3FH4,N5CH3FH4 转甲基酶,(VB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢,1. 半胱氨酸与胱氨酸的互变,2,2.硫酸根的代谢,PAPS的性质活泼，是体内活性硫酸根的供体 类固醇激素的灭活，肝生物转化，硫酸角质素、硫酸软骨素的合成,3-磷酸腺苷5-磷酸硫酸,四、芳香族氨基酸的代谢,苯丙氨酸（Phe）酪氨酸（Tyr）色氨酸（Trp）,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,1.苯丙氨酸转变为酪氨酸,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。,2. 儿茶酚胺与黑色素的合成,酪氨酸羟化酶,儿茶酚胺的合成：,帕金森氏病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少,酪氨酸酶,黑色素的合成,酪氨酸酶,白化病患者黑色素细胞内*酪氨酸酶缺陷时黑色素生成受阻。,白化病,3. 酪氨酸分解代谢,=,体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症。,当*苯丙氨酸羟化酶缺乏时，出现苯丙酮酸尿症,苯丙酮酸尿症(PKU),苯丙氨酸,苯丙氨酸羟化酶,酪氨酸,4. 代谢障碍,（二）色氨酸代谢,转变产物,5-HT褪黑激素烟酸一碳单位丙酮酸+乙酰乙酰辅酶A,功 能,血管收缩、 神经递质松果体激素合成NAD（P）+,五、支链氨基酸的代谢,亮氨酸（Leu） 异亮氨酸